Nghiên cứu phương pháp phân tích phổ bằng Wavelet của quá trình truyền sóng để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN LÂM NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ BẰNG WAVELET CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG D

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VĂN LÂM

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ BẰNG WAVELET CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN VĂN LÂM

TÊN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ BẰNG

WAVELET CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG

ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS ĐỖ TRUNG HẢI

Thái Nguyên 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả Ngoài các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn, các số liệu và kết quả mô phỏng offline, thời gian

thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Đỗ Trung Hải

Tác giả

Nguyễn Văn Lâm

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến nhà trường và các Thầy, Cô trong trường

đã tận tình giúp tôi trang bị được những tri thức mới, hữu ích, tạo điều kiện, môi trường thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được bày tỏ lời cám ơn đến Tiến

sỹ Đỗ Trung Hải, người hướng dẫn khoa học đã khuyến khích, chỉ dẫn tận tình cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc, các phòng chức năng cùng các bạn đồng nghiệp tại Công ty Điện lực Thái Nguyên đã hợp tác chia sẻ, cung cấp thông tin, tài liệu, số liệu phục vụ cho đề tài nghiên cứu

Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến gia đình và những người bạn đã động viên, hỗ trợ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, làm việc và thực hiện luận văn

Thái Nguyên, tháng 12 năm 2015

HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Lâm

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC………1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT……….3

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU………4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ……… …… 5

MỞ ĐẦU……… 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 11

1.1 Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 11

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 12

1.2.1 Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng 12

1.2.2 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố 19

1.2.3 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ đầu đường dây………… 20

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG MATLAB-SIMULINK 21

2.1 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 21

2.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA SÓNG LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 26

2.2.1 Các thông số đặc trưng cho sự truyền sóng trên đường dây dài: 26

2.2.2 Truyền sóng điện từ trên đường dây tải điện trong chế độ xác lập 27

2.2.3 Truyền sóng điện từ trên đường dây tải điện trong chế độ sự cố : 30

2.3 CÔNG CỤ MATLAB-SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN 31

2.3.1 Giới thiệu về Matlab 31

2.3.2 Giới thiệu về Simulink 32

2.3.3 SimPowerSystems: Công cụ mô phỏng lưới điện 36

2.4 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SÓNG LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY DÀI SỬ DỤNG

CÔNG CỤ MATLAB/SIMULINK 41

CHƯƠNG 3 :ỨNG DỤNG WAVELET PHÂN TÍCH SÓNG PHẢN HỒI CHỦ ĐỘNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 3.1 PHÂN TÍCH PHỔ CỦA TÍN HIỆU SỬ DỤNG BIẾN ĐỔI FOURRIER 44

3.2 CÔNG CỤ WAVELET TRONG PHÂN TÍCH TÍN HIỆU 47

3.2.1 Phân tích phổ bằng wavelet (sóng nhỏ) 48

3.2.2 Thuật toán phân tích tín hiệu bằng wavelet 54

3.3 ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ PHÂN TÍCH WAVELET 55

3.4 ỨNG DỤNG WAVELET ĐỂ PHÂN TÍCH SÓNG PHẢN HỒI TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 57

CHƯƠNG 4 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 63

4.1.MÔ HÌNH MÔ PHỎNG: 63

4.2 KHI ĐƯỜNG DÂY KHÔNG SỰ CỐ: 65

4.3 KHI ĐƯỜNG DÂY SỰ CỐ: 68

4.3.1 Sự cố 3 pha: 68

4.3.1 Sự cố 1 pha: 71

4.3.1 Sự cố 2 pha chạm đất: 74

4.3.1 Sự cố 2 pha: 75

4.4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Vận tốc truyền sóng trên đường dây truyền tải điện………68 Bảng 2: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 3 pha chạm đất………70 Bảng 3: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 3 pha chạm đất tại vị trí L=20Km với các giá trị điện trở và điện cảm khác nhau……… 71 Bảng 4: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 1 pha chạm đất……… …73 Bảng 5: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 1 pha chạm đất tại vị trí L=20Km với các giá trị điện trở và điện cảm khác nhau……… …73 Bảng 6: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 2 pha chạm đất……… …75 Bảng 7: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 2 pha chạm đất tại vị trí L=20Km với các giá trị điện trở và điện cảm khác nhau……… 75 Bảng 8: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 2 pha ……….…77 Bảng 9: Kết quả xác định vị trí sự cố khi ngắn mạch 2 pha chạm đất tại vị trí L=20Km với các giá trị điện trở và điện cảm khác nhau……… 77

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn

14

Hình 2 2: Bố trí dây dẫn trên cột theo hình tam giác a)Dây dẫn đặt trên đỉnh tam giác bất kỳ b)Dây dẫn đặt trên đỉnh tam giác đều

25

Hình 2.17: Block cài đặt thông số cho máy cắt 3 pha 39

Hình 2.21: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha không có sự cố ở giữa đường dây

41

Hình 2.23: Mô hình thiết bị đo tín hiệu phản hồi từ điểm sự cố và cuối đường dây 43

Hình 3.1: Phổ Fourrier biên độ của tín hiệu điều hòa (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ 45 Hình 3.2: Phổ Fourier của tín hiệu bất định (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ) 46

Hình 3.6: Cấu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu thành các thành phần chi tiết và xấp xỉ

51

Hình 3.11: Công cụ phân tích tín hiệu trong wavelet 56 Hình 3.12: Tín hiệu đo được tại đầu đường dây khi có sự cố ngắn mạch 3 pha tại vị trí l=25km

57

Hình 3.14: Thành phần chi tiết d1 của phân tích wavelet Daubechies bậc 4 và hình ảnh phóng to của tín hiệu

58

Hình 3.15: Các thời điểm cần xác định trên biểu đồ điện áp đầu đường dây để xác định vị trí sự cố nếu có

59

Hình 3.17: Lưu đồ thuật toán xác định vận tốc sóng truyền trên đường dây truyền tải điện

62

Hình 3.18: Lưu đồ thuật toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 62 Hình 4.1: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha không có sự cố ở giữa đường dây

Hình 4.6: Tín hiệu đầu đường dây đo được khi không có sự cố tải P, Q và hình ảnh

phóng to tín hiệu phản hồi về từ cuối đường dây

67

Hình 4.7: Thành phần d1 của tín hiệu điện áp phân tích bằng wavelet từ tín hiệu đầu

đường dây khi không sự cố

67

Hình 4.9: Tín hiệu đầu đường dây đo được khi sự cố 3 pha tại 20 km 69 Hình 4.10: Thành phần d1 phân tích wavelet của tín hiệu đo được khi sự cố 3 pha 69

Hình 4.13: Thành phần d1 phân tích wavelet của tín hiệu đo được khi sự cố 3 pha tại 20km

70

Hình 4.19: Thành phần d1 phân tích wavelet của tín hiệu sự cố 2 pha chạm đất tại 20Km

74

Hình 4.22: Thành phần d1 phân tích wavelet của tín hiệu sự cố 2 pha tại 20Km phóng

to đoạn tín hiệu sự cố

76

MỞ ĐẦU

Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xảy

ra sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng năng lượng và gây thiệt hại lớn về kinh tế

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đường dây truyền tải điện có thể do sét đánh, cách điện bị già hóa, cây cối đổ vào đường dây,… Do đường dây có chiều dài lớn đi trên địa hình phức tạp dẫn tới khi sự cố xẩy ra quá trình tìm kiếm để xác định vị trí sự cố mất rất nhiều thời gian, dẫn tới thời gian xử lý sự cố lâu, ảnh hưởng tới quá trình cung cấp điện liên tục

Do đó bài toán phát hiện dạng sự cố và vị trí của sự cố trên đường dây truyền tải điện là yêu cầu cấp thiết Trong thực tế hiện nay việc xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện dựa vào rơle tổng trở, tuy nhiên phương pháp này có sai số lớn do chưa tính đến giá trị điện cảm của sự cố gây ra

Trong các mô hình được thí nghiệm, chủ yếu đường dây truyền tải điện được

mô hình hóa dưới dạng đường dây dài với các thông số đặc trưng cho quá trình truyền sóng

Vì vậy, nội dung của đề tài đề cập đến “Nghiên cứu phương pháp phân tích phổ bằng Wavelet của quá trình truyền sóng để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện” nhằm hỗ trợ quá trình định vị và khắc phục các sự cố trên đường dây truyền tải

điện, qua đó giảm bớt những thiệt hại về kinh tế và nâng cao độ tin cậy và chất lượng năng lượng cung cấp cho các hộ tiêu thụ

Việc xây dựng thành công một giải pháp phân tích và phát hiện vị trí điểm sự

cố sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đưa vào vận hành sẽ có khả năng đưa lại hiệu quả cao

về mặt kinh tế - kỹ thuật do tăng cường được độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình khắc phục sự cố được nhanh hơn

1 Mục đích nghiên cứu:

Nghiên cứu tìm hiểu quá trình sóng lan truyền trên đường dây truyền tải điện, dựa trên phân tích sóng phản hồi từ vị trí sự cố về đầu đường dây để định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

2 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Đưa ra được những kiến thức, những bước cơ bản để ứng dụng phương pháp phân tích sóng phản hồi để định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

 Lưới điện truyền tải

 Quá trình truyền sóng trên đường dây truyền tải điện

 Ứng dụng wavelet để phân tích sóng phản hồi

4 Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng phương pháp nghiên cứu là: Phương pháp nghiên cứu tài liệu, phương

pháp thống kê thu thập dữ liệu

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Phương pháp phân tích sóng phản hồi trên đường dây truyền tải điện tuy đã được nghiên cứu trên thế giới nhưng còn khá mới mẻ ở Việt Nam Đề tài này hi vọng ứng dụng phương pháp phân tích phổ bằng Wavelet để định vị điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện, giảm thời gian kiểm tra, nhanh chóng khôi phục cấp điện cho khách hàng

Sử dụng mô hình Matlab – Simulink để mô phỏng đường dây tải điện khu vực Thành phố Thái Nguyên Qua mô hình này sẽ mô phỏng sự cố và quá trình truyền sóng từ đó trình bày phương pháp phân tích sóng thu được để định vị sự cố

Chương 3: Ứng dụng wavelet phân tích sóng phản hồi chủ động xác định vị trí sự cố

trên đường dây truyền tải điện

Chương 4: Các kết quả tính toán và mô phỏng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ SỰ CỐ

TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ

Ngày nay, cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, có rất nhiều đường dây truyền tải điện được xây dựng nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của các phụ tải đã dẫn đến một sự gia tăng lớn về số lượng các đường dây truyền tải cũng như tổng chiều dài của chúng Các đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện đến các trung tâm phụ tải Những đường dây này trong quá trình truyền tải điện năng thường gặp các dạng sự cố

do những nguyên nhân khác nhau như: sét đánh, ngắn mạch, thiết bị bị sự cố, sự cố điều khiển, sự cố do con người, quá tải và lão hóa

Các dạng sự cố này đều phải được phát hiện, cô lập và sửa chữa trước khi đưa trở lại làm việc Việc khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị

sự cố chỉ có thể được tiến hành nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước lượng được vị trí sự cố với độ chính xác hợp lý

Thời gian khắc phục sự cố càng kéo dài càng không có lợi, gây nên mất điện đến các hộ tiêu thụ và có thể dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế đặc biệt là đối với các ngành công nghiệp sản xuất, gây mất ổn định trong hệ thống điện Như vậy việc nhanh chóng phát hiện, định vị, cô lập và khắc phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ làm việc tin cậy của hệ thống điện Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa chữa giúp xác định chính xác hơn vị trí sự cố, khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố đặc biệt là các đường dây truyền tải điện áp cao ở các khu vực có địa hình khó khăn

Mặt khác, thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thường của các đường dây bị sự cố cũng bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố Điều này có thể đạt được bằng cách tính toán ước lượng chính xác vị trí sự cố giúp cho khâu xử lý sự cố được tiến hành nhanh nhất có thể

Khi có một sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, hệ thống bảo vệ sẽ gửi tín hiệu đến máy cắt, cắt điện cô lập điểm sự cố Trong lưới điện truyền tải được mức

độ ảnh hưởng của nó tới hệ thống lớn hơn, các trang thiết bị bảo vệ và điều khiển hiện đại hơn, đồng thời thời gian đòi hỏi để tìm kiếm sự cố cũng kéo dài hơn so với lưới phân phối Hiện nay một số đường dây tải điện với cấp điện áp từ 110 kV trở lên được trang bị bảo vệ khoảng cách Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể từ vài km đến hàng chục km) Do đó các phương pháp mới để định vị sự cố trên đường dây truyền tải hiện vẫn đang là đề tài được quan tâm nghiên cứu và phát triển

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ

Bài toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện là bài toán kinh điển do đó

đã có nhiều công trình nghiên cứu trình bày nhiều phương pháp khác nhau Mỗi phương pháp có những ưu và nhược điểm riêng Những phương pháp này có thể được phân loại theo nhiều nhóm, ví dụ như phương pháp dựa trên trở kháng, phương pháp dựa trên sóng lan truyền từ điểm sự cố, phương pháp dựa trên sóng lan truyền từ đầu đường dây, ngoài ra còn có một số phương pháp mới như phương pháp ứng dụng mạng trí tuệ nhân tạo

Nhìn chung các phương pháp đều có những khả năng ứng dụng nhất định, tuy nhiên tất cả các phương pháp đều có những tồn tại nhất định, và đây cũng sẽ là khả năng để có thể tìm được một giải pháp tốt hơn cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện

1.2.1 Ph ương pháp tính toán dựa trên trở kháng

Trong phương pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ thuộc rất nhiều vào điện trở sự cố và không hiệu quả trong trường hợp có điện trở sự

cố rất cao Phương pháp dựa trên trở kháng có thể được phân thành các phương pháp một đầu và phương pháp hai đầu phụ thuộc vào số lượng các thiết bị đầu cuối mà tại

đó các dữ liệu điện áp và dòng điện được thu thập Tuy nhiên phương pháp tổng trở yêu cầu trở kháng ngắn mạch phải gần bằng 0 để có thể thu được kết quả ước lượng vị trí sự cố được chính xác Phương pháp đo tổng trở ở cả hai đầu đường dây có độ chính

pháp tổng trở sẽ không hiệu quả đối với các trường hợp sự cố thoáng qua Phương pháp trở kháng được dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách kỹ thuật số được đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đường dây Ngoài trở kháng, khi xảy ra sự cố rơle còn tính toán và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi của rơle như: dạng sự cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dòng điện xung quanh thời điểm

sự cố Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế còn gặp nhiều sai

số do những nguyên nhân khác nhau như: ảnh hưởng của điện trở quá độ đến đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách, ảnh hưởng của trạm trung gian, ảnh hưởng của tổ nối dây máy biến áp, ảnh hưởng của sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện

áp (BU), sai số của rơle do thành phần tự do gây ra khi tính toán các giá trị hiệu dụng,

độ không lý tưởng của các bộ lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc tính toán cài đặt và chỉnh định rơle cũng nhƣ do việc đã loại

bỏ các thành phần tín hiệu biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thông tin trong tín hiệu , từ đó dẫn đến việc xác định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chưa được chính xác

a) Phương pháp điện kháng đơn

Các giá trị điện áp, dòng điện đo lường được ở đầu đường dây sẽ được sử dụng để tính toán trở kháng của đường dây đến vị trí điểm sự cố l sù cè và được biểu diễn theo phương trình (1.1) Khi trở kháng của đường dây trên mỗi đơn vị chiều dài đã được xác định, khoảng cách sự cố có thể được tính toán theo các phương trình (1.2) và (1.3)

trong đó:

 UA: điện áp tại đầu nguồn A; ZL: tổng trở của đường dây

 IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

 l sù cè: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

 Uf: điện áp sự cố

A L A f f

trong đó:

 If: dòng điện sự cố

 Rf: điện trở sự cố được minh họa trong hình 1.1

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện

L f

U

R I

l

Z I

Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố

Các sự cố, đặc biệt là sự cố một pha thường xảy ra do sứ đường dây bị phóng điện Hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điện trở

hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất Một số trường hợp sự cố

~

ảnh hưởng đến tính chính xác của phép định vị sự cố Điện trở hồ quang phụ thuộc vào

độ dài của hồ quang và dòng điện theo công thức sau:

có thể tới 10Ω thậm chí cao hơn Trường hợp đặc biệt điện trở sự cố còn lớn hơn khi

sự cố dây dẫn chạm vào cây cối hoặc đứt dây và rơi xuống vùng đất khô cứng Như vậy điện trở sự cố có giá trị từ vài ohm đến hàng trăm ohm

Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố

Góc lệch pha giữa dòng điện giữa hai đầu đường dây khi xảy ra sự cố, một cách gần đúng có thể coi xấp xỉ bằng góc lệch pha của điện áp hai đầu đường dây trong chế

độ vận hành bình thường Mặt khác, góc lệch pha của điện áp trong chế độ bình thường lại phụ thuộc vào mức độ tải của đường dây, do đó có thể nói dòng điện tải trên đường dây có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của phép định vị sự cố

b) Phương pháp TAKAGI

Phương pháp Takagi cần cả các tín hiệu trước khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất hiện sự cố Phương pháp này cũng nâng cao được độ chính xác hơn so với phương pháp điện kháng đơn như giảm bớt ảnh hưởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hưởng của dòng tải Sơ đồ minh họa như hình 1.2

Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn

Điện trở sự cố được tính toán theo biểu thức (1.6):

tanhtanh

f

j A

suco A C

 UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A

 ZL: tổng trở của đường dây

 IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

 l sù cè: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

 I A :dòng điện xếp chồng, là sự chênh lệch giữa dòng điện sự cố và dòng điện trước sự cố

c) Phương pháp TAKAGI cải tiến

Phương pháp Takagi cải tiến này cũng còn được gọi là phương pháp dòng điện thứ tự không Phương pháp này không yêu cầu dữ liệu trước sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất Vị trí sự cố trong phương pháp này được tính toán trong phương trình (1.9):

*

* 1

 Z1L: tổng trở thứ tự thuận của đường dây

 UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A

 IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

 l sù cè: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

d) Nhận xét và đánh giá:

Phương pháp tính toán xác định vị trí sự cố sử dụng dữ liệu dòng điện và điện áp được đo lường ở một đầu đường dây hiện nay được dùng khá phổ biến, đáp ứng được điều kiện thực tế và công nghệ rơle bảo vệ Ưu điểm nổi bật của phương pháp điện kháng đơn là đơn giản, dễ lắp đặt, không cần phải đồng bộ giữa các thiết bị, tuy nhiên

có nhược điểm là dễ bị ảnh hưởng lớn bởi các nguồn nhiễu như sự bất đối xứng của

đường dây (ví dụ do không hoán vị dây dẫn), ảnh hưởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các đường dây

Ưu và nhược điểm của phương pháp điện kháng đơn là

 Dễ dàng thực hiện do tín hiệu đo lường được thu thập tại chỗ, không yêu cầu truyền tín hiệu từ đầu đối diện

 Không cần phải đồng bộ về mặt thời gian giữa tín hiệu thu thập được của các rơle tại các vị trí khác

 Sai số trong phạm vi chấp nhận được đối với sự cố pha - pha (theo thực tế vận hành)

 Độ chính xác của phép đo bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

- Ảnh hưởng của hồ quang tại điểm sự cố

- Ảnh hưởng của tải trước sự cố trên đường dây

- Ảnh hưởng bởi hệ số phân bố dòng điện (do xuất hiện các nguồn khác cấp vào điểm sự cố hoặc dòng điện tại điểm sự cố khác với dòng điện đo được tại vị trí đặt rơle)

- Ảnh hưởng của hỗ cảm do các đường dây chạy song song gây ra

- Tổng trở thứ tự không của đường dây thường không thể xác định được chính xác nên sẽ gây sai số đáng kể đối với các sự cố chạm đất (đây lại là loại sự cố thường xảy ra đối với lưới truyền tải và hệ thống điện nói chung)

Phương pháp Takagi ít ảnh hưởng của điện trở sự cố và ảnh hưởng của dòng tải nhưng cần phải biết chính xác được các thông số của dòng điện pha sự cố ngay trước thời điểm xuất hiện sự cố Các sai lệch trong các thông số này sẽ tạo thành sai số lớn trong việc ước lượng vị trí sự cố Còn trong phương pháp Takagi cải tiến không cần dùng giá trị của dòng điện trước sự cố nhưng lại phải xác định được góc pha của dòng điện thứ tự 0 Đây cũng là một nguồn sai số lớn của phương pháp

Phương pháp tính toán xác định vị trí sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ nhiều đầu cho kết quả tốt hơn phương pháp đo lường từ một đầu nhưng chi phí đầu tư thiết

bị cao và đòi hỏi thiết bị đo nhiều và cần phải thực hiện đồng bộ

1.2.2 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố

Khi sự cố xảy ra tại một điểm trên đường dây tải điện, sẽ gây ra các đột biến về dòng điện và điện áp Các sóng dòng, áp đột biến này sẽ lan truyền trên đường dây cả

về hai phía với tốc độ lan truyền sóng xấp xỉ tốc độ ánh sáng Khi sóng lan truyền đi tới một đầu đường dây sẽ gặp điều kiện biên thay đổi, do đó một phần của sóng này sẽ phản xạ trở lại và một phần tiếp tục lan truyền đi tiếp

Sơ đồ biểu diễn quá trình phản xạ, khúc xạ của các sóng lan truyền thể hiện trên Hình 1.3 Dựa theo chênh lệch thời gian giữa tín hiệu thu được tại hai đầu (∆t) có thể xác định được vị trí điểm sự cố bằng phương trình:

Hình 1.3: Sự lan truyền và phản xạ của sóng dòng điện trên đường dây

Đặc điểm của phương pháp này:

 Phải có các thiết bị ghi tín hiệu được đồng bộ thời gian với độ chính xác cao, chỉ một sự sai lệch rất nhỏ về thời gian có thể dẫn tới sai số lớn về khoảng cách tính được

 Thiết bị ghi tín hiệu sự cố phải có tần số lấy mẫu rất cao để có thể ghi nhận các tín hiệu xung phản xạ

 Phần mềm phải có khả năng đồng bộ hóa tín hiệu, lọc nhiễu và trích xuất tín hiệu mong muốn Đặc biệt với các sự cố gây ra do sét có thể gây các nhiễu điện từ ảnh hưởng đến độ chính xác của phép lọc tín hiệu

1.2.3 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ đầu đường dây

Phương pháp như điện kháng đơn có độ chính xác thấp, phương pháp Takagi có

độ chính xác cao hơn nhưng lại yêu cầu xác định dòng tải ngay trước thời điểm sự cố Phương pháp Takagi cải tiến không cần dùng giá trị của dòng điện trước sự cố nhưng lại phải xác định được góc pha của dòng điện thứ tự 0 Phương pháp dựa trên sóng lan truyền từ điểm sự cố đòi hỏi phải đo lường từ 2 đầu đường dây kết hợp với đồng bộ về thời gian Do đó luận văn này đi nghiên cứu phương pháp mới đang được quan tâm nghiên cứu là giải pháp chủ động phát xung điện áp vào đầu đường dây bị sự cố Sau khi đó tiến hành nghi lại các tín hiệu phản hồi Dựa trên các phương pháp phân tích sóng phản hồi sẽ xác định được thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu đường dây Căn cứ vào thời gian bắt đầu phát xung và thời gian xung phản hồi về suy ra vị trí

sự cố Phương pháp này có ưu điểm là sử dụng ít thiết bị đo lường, chỉ đo lường từ 1 đầu đường dây nên không cần đồng bộ về thời gian Do đó trong luận văn sẽ đi vào nghiên cứu phương pháp này

Để nghiên cứu phương pháp này luận văn sẽ đi nghiên cứu mô phỏng các dạng

sự cố trên đường dây truyền tải điện Nghiên cứu phương pháp phân tích sóng phản hồi để xác định chính xác thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu đường dây Căn cứ vào số mô mình mô phỏng và phương pháp nghiên cứu sẽ tiến hành thử nghiệm trên mô hình mô phỏng và đánh giá độ chính xác cũng như ưu nhược điểm của phương pháp

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN

TẢI ĐIỆN SỬ DỤNG MATLAB-SIMULINK

2.1 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Thông số của dây dẫn đặc trưng cho quá

trình vật lý xảy ra trong dây dẫn khi có điện áp

hoặc dòng điện đi qua Mỗi đường dây đều có điện

trở R, điện kháng X, điện dẫn tác dụng G và điện dẫn

phản kháng B

Sơ đồ thay thế của đường dây như hình 2.1

a) Tính toán điện trở của đường dây:

Điện trở của đường dây được xác định theo biểu thức:

R   [] (2.1) Trong đó:

l là chiều dài của đường dây [m]

 là điện dẫn suất của vật liệu làm dây dẫn [ 2

mm

m

 là điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn [ 2

mm

m

F là tiết diện dây dẫn [mm2]

Trong thực tế điện trở của dây dẫn đã được tính sẵn cho một đơn vị chiều dài đường và được lập thành bảng trong sổ tay

Điện trở của đường dây được tính theo công thức:

Trong đó:

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế

đường dây

- ro là điện trở trên một đơn vị chiều dài đường dây [

km



]

- l là chiều dài đường dây [km]

Ở 200C điện trở suất của các vật liệu thường dùng có giá trị như sau:

Kết quả tính toán điện trở đường dây theo biểu thức (2.1) không hoàn toàn giống như

ở bảng tra trong sổ tay hoặc bảng mà thường nhỏ hơn, vì các lý do sau đây:

- Hiệu ứng mặt ngoài của dòng điện xoay chiều khiến dòng điện phân bố dày hơn ở mặt ngoài của dây dẫn, do đó điện trở suất  tăng lên

- Nhiều đường dây của mạng điện với phụ tải lớn đặt gần nhau và ảnh hưởng lẫn nhau nên một độ phân bố dòng điện trong dây dẫn không đều

- Nhiệt độ thay đổi làm điện trở suất thay đổi theo

Trong trường hợp cần phải tính điện trở thực tế theo nhiệt độ thực tế (khác với nhiệt độ tiêu chuẩn 200c) thì hệ số nhiệt của điện trở dây đồng và dây nhôm lấy bằng 0,004 1/0c Biểu thức tính điện trở theo nhiệt độ thực tế như sau:

+) t là nhiệt độ thực tế của đường dây

- Phần lớn các loại dây đều là dây vặn xoắn, nên chiều dài thực tế của nó thường lớn hơn (23)%

- Tiết diện dây vặn xoắn lớn hơn tổng tiết diện của các sợi dây nhỏ cấu tạo nên sợi dây đó

Trong các nhân tố kể trên thì hai nhân tố cuối cùng ảnh hưởng nhiều nhất đến trị số của điện trở R

b) Điện kháng của đường dây

Dây dẫn dòng điện xoay chiều nên xung quanh mỗi sợi dây xuất hiện từ trường xoay chiều có từ thông biến đổi Vì vậy trong dây dẫn có hiện tượng tự cảm do đó ta phải xét tới tự cảm L Dây dẫn của ba pha đặt gần nhau nên có hỗ cảm M Từ đó ta phải xét tới điện kháng X của đường dây

Theo nguyên lý cơ sở kỹ thuật điện thì điện cảm một pha của đường dây tải điện xoay chiều ba pha có hoán vị dây dẫn được xác định như sau:

4 tb

r

D log 6 , 4 (

f 2

Trong đó:

- f là tần số của mạng điện [HZ]

- Dtb là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn [cm], hoặc [mm]

- r là bán kính ngoài của dây dẫn [cm] hoặc [mm]

-  là hệ số từ thẩm tương đối của dây dẫn

- x0 là điện kháng trên một đơn vị chiều dài dây dẫn [/ km]

Nếu đường dây dẫn điện xoay chiều có tần số f = 50 HZ, dây dẫn là kim loại màu có  1 thì:

016 , 0 r

D log 144 , 0

Đối với kim loại màu  = 1 nên x”0 bé so với x’0, do đó ta có thể bỏ qua x ” 0 tức là cho phép lấy x0 = x’ 0

Đối với dây thép  lớn tức x”0 lớn nên trong tính toán không thể bỏ qua x”0 được

Trong thực tế tính toán ít khi phải dùng công thức (2.5) để tính x0 mà thường tra x0 trong sổ tay hoặc các bảng trong phụ lục

Trong bảng tra x0 người ta cho sẵn quan hệ x0= f(F, Dtb) trong đó F là tiết diện dây dẫn, còn Dtb là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn

Dtb được xác định như sau:

Đối với mạng 3 dây đặt trên 3 đỉnh tam giác bất kỳ (hình 2.2a):

3

31 23 12

DD

.D.D

Dtb 3 12 23 31 3 312  12 

Đối với mạng 3 dây đặt trên mặt phẳng nằm ngang (hình 2.3) thì:

D 26 , 1 D D 2 D D

D D

31 23 12

Khi tra bảng x0 thì điện kháng của đường dây được tính như sau:

Trong đó: l là chiều dài của đường dây [km]

Trong thực tế khi tiết diện dây dẫn và cách bố trí dây dẫn thay đổi thì điện kháng của đường dây thay đổi không đáng kể, vì vậy trong tính toán người ta cho phép lấy các giá trị gần đúng sau đây:

- Đường dây điện áp thấp: x0 = (0,250,3) [/km]

- Đường dây điện áp thấp luồn trong ống hoặc các loại cáp điện:

c) Tính toán điện dẫn phản kháng của đường dây

Điện dẫn phản kháng (dung dẫn) B0 được tính như sau:

0 2 .f C0 0

Trong đó C0 là điện dung của dây dẫn [F/km] C0 được tính theo điện trường trên dây dẫn khi có điện áp Trong tính toán áp dụng, thường giả thiết rằng đường dây được hoán vị đầy đủ và bỏ qua ảnh hưởng của đất, giả thiết này gây sai số cỡ 5%, chấp nhận được trong thực tế Điện dung được tính toán như sau:

6 0

Trong đó Pk là tổn thất công suất tác dụng do vầng quang và do rò điện qua điện môi

Hình 2.2 Bố trí dây dẫn trên cột theo hình tam giác

a) Dây dẫn đặt trên đỉnh tam giác bất kỳ

b) Dây dẫn đặt trên đỉnh tam giác đều.

Hình 2.3 Bố trí dây dẫn trên cột theo mặt phẳng nằm ngang

Tổn thất này được đo đặc và thống kê rồi rút ra công thức kinh nghiệm theo công thức

2.2.1 Các thông số đặc trưng cho sự truyền sóng trên đường dây dài:

Sóng lan truyền trên đường dây bao gồm sóng thuận và sóng ngược Các thông số đặc trưng cho quá trình truyền sóng trên đường dây dài bao gồm: Hệ số tắt , hệ số pha , vận tốc truyền sóng v

Khi xét đường dây dài ở chế độ truyền sóng, nếu bỏ qua thành phần điện trở của đường dây, ta có các thông số truyền sóng được xác định như sau:

b) Hệ số truyền sóng  :

 đặc trưng cho quá trình truyền sóng trên đường dây

Trong đó:  nep/km gọi là hệ số tắt tức là tốc độ giảm của biên độ nep/km  rad/km

hệ số pha nói lên độ biên thiên góc pha của sóng khi truyền dọc đường dây

Khi biết điện áp U1 và dòng điện I1 đầu đường dây chúng ta có thể xác định dòng điện

và điện áp tại khoảng cách x bất kỳ

Khi biết điện áp U2 và dòng điện I2 cuối đường dây chúng ta có thể xác định dòng điện

và điện áp tại khoảng cách x bất kỳ:

2.2.2 Truyền sóng điện từ trên đường dây tải điện trong chế độ xác lập

Hình 2.4: Mô hình Petersen tương đương để giải bài toán truyền sóng

Giả sử tại thời điểm t=0 ta đóng vào đầu đường dây một nguồn áp V inc( )t Khi có năng lượng truyền vào, không gian dọc đường dây sẽ hình thành một trường điện từ biến thiên Sóng điện từ sẽ lan truyền từ đầu đường dây tới cuối đường dây và khi gặp các

điểm phân nhánh, sự cố hoặc khi gặp điểm cuối đường dây, một phần năng lượng của sóng sẽ phản hồi ngược trở lại thành sóng lan truyền ngược, phần còn lại sẽ khúc xạ vào tải hoặc vào đường dây phía sau điểm phân nhánh hoặc sự cố Theo [3] khi đường dây

có tổng trở sóng Z0 và tải cuối đường dây Z2 thì các hệ số khúc xạ  và phản xạ  được tính theo:

Từ (2.17) ta có    1 và có hai trường hợp đặc biệt là:

 Khi hở mạch cuối đường dây (tương đương Z2=): ta có =2 và =1 (hay Vref = Vinc), hay còn gọi là hiện tượng phản xạ dương toàn phần Khi sóng này lan truyền ngược về đầu đường dây, tín hiệu điện áp đo được đầu đường dây sẽ là: V1=2Vinc;

 Khi ngắn mạch cuối đường dây (tương đương Z2 =0): ta có =0 và =-1 (hay Vinc), hay còn gọi là hiện tượng phản xạ âm toàn phần Khi sóng này lan truyền ngược

Vref=-về đầu đường dây ta sẽ có: V1 = 0

a) Đường dây không có sự cố, tải cuối đường dây là tải thuần trở

Z 0

Hình 2.5 : Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần trở

Theo [2.17] khi đóng một nguồn điện áp Vinc vào đầu đường dây có tổng trở sóng Z0 và tải cuối đường dây thuần trở Rt thì thành phần phản xạ cuối đường dây là:

0 0

b) Khi tải là R nối tiếp L :

Hình 2.6: Mô hình Petersen tương đương của mạch

Giải mạch hình 2.6 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về:

Hình 2.7 : Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần R song song L

Tương tự như trên ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về :

d

1

t T

Khi t= , ta có V td( ) 0

d) Khi tải R song song với C

Hình 2.8 Mô hình Petersen tương đương của mạch R song song C

Giải mạch hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về :

Z 0

Hình 2.9 Mô hình Petersen tương đương của mạch R song song C

Giải mạch 2.9 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về :

2.2.3 Truyền sóng điện từ trên đường dây tải điện trong chế độ sự cố :

Khi sóng tới chạy từ đầu đường dây đến vị trí sự cố sẽ xuất hiện thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây Nếu đường dây không bị sự cốthì sẽ có sóng khúc xạ đi tới

cuối đường dây và lại phản xạ ngược trở lại Trong luận văn này, ta tạm xét trường hợp sự cố ngắn mạch thuần trở với điện trở sự cố là Rfault Khi đó ta có:

với Z0 R fault Z02 Khi đó thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây với độ lớn là

0

t t

Z Z

Z Z

Thành phần phản xạ này khi gặp điểm sự cố lại tiếp tục gây ra các hiện tượng phản xạ

và khúc xạ Thành phần khúc xạ sẽ đi vào phần đường dây phía trước sự cố và lan truyền về đầu đường dây Theo công thức (2.27), thành phần khúc xạ qua điểm sự cố

sẽ tăng lên (11) lần nên tổng cộng lại, so với trường hợp không có điểm sự cố, biên

1

(1 ) lần

2.3 Công cụ Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện

2.3.1 Giới thiệu về Matlab

MATLAB (Maxtrix Laboratory) là công cụ phần mềm của MathWork với giao diện cực mạch cùng những lợi thế trong kỹ thuật lập trình đáp ứng những vấn đề hết sức đa dạng từ các lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như điện, điện tử, điều khiển tự

động, robot công nghiệp, vật lý đến các ngành xử lý toán chuyên dụng đã giải quyết được những vấn đề nói trên một cách nhanh chóng, chính xác, trực quan Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB là ngôn ngữ của tính toán khoa học

MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài toán tính toán kĩ thuật so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, …

2.3.2 Giới thiệu về Simulink

Simulink là một phần mềm gói gọn được sử dụng để xây dựng mô hình và mô phỏng, tính toán phân tích hệ thống động Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong thời gian liên tục hoặc gián đoạn (lấy mẫu ) hay kết hợp cả hai Đối với mô hình, Simulink cung cấp một giao diện đồ hoạ (GUI) cho việc xây dựng mô hình như các khối (block diagrams), người sử dụng chỉ cần kích chuột và drag( chọn khối rồi giữ nguyên chuột trái rồi rê chuột đến vị trí đặt các khối) Thư viện simulink bao gồm các khối thư viện sinks, sources (tạo tín hiệu), linear và cũng có thể tự tạo ra một khối block riêng của mình (viết trong S-function) Xây dựng mô hình 'từ trên xuống 'hoặc 'từ dưới lên trên ' để xem kỹ các khối trong thư viện các khối source hoặc sink, linear kích đúp chuột vào các khối đó Sau khi định nghĩa mô hình bạn có thể mô phỏng mô hình đó , sử dụng scope để xem biểu diễn mô hình đó ,ví dụ như một khối phát hình sin , đầu ra của khối đó được mắc với một scope

để thể hiện kết quả của khối đó

Để làm việc với Simulink, trước hết phải khởi động Matlab, trong cửa sổ command window ta gõ lệnh:

>>simulink như sau:

Trên màn hình sẽ xuất hiện thêm một cửa sổ mới, cửa sổ này chứa toàn bộ dữ liệu bộ thư viện Simulink, nó có thể di chuyển bằng chuột như sau:

Hình 2.10: Giao diện Simulink

Sau khi gọi lệnh Simulink , cửa sổ thư viện Simulink xuất hiện như hình 2.10 bao gồm các thư viện con: Continuous, Discontinuities, Sources, Sinks, Math Operations, User-Defined Functions, Signal Attributes, Signal Routing

Để sử dụng các khối trong thư viện, chọn File → New → Model, tạo ra cửa sổ mới Tuỳ theo mục đích sử dụng mà chọn các khối có chức năng tương ứng trong thư viện Simulink Simulink gồm các khối thư viện, mỗi thư viện có chứa nhiều thư viện con, mỗi khối thư viện con có một chức năng riêng

Để tiến hành mô phỏng mô hình truyền sóng trên đường dây sử dụng các khối trong thư viện simulink, trong mục này chỉ trình bày các khối có sử dụng trong sơ đồ

mô phỏng

Thư viện Sources: gồm có các khối nguồn constant, khối Ramp và Step, Khối

Pulse Generator, Khối sine Wave như hình 2.11

Hình 2.11 thư viện các khối nguồn

Khối Constant tạo hằng số không phụ thuộc vào thời gian Hằng số đó có thể là véctơ

hay ma trận, tuỳ theo cách khai báo ở ô Constant value và ô Interpret vector parameters as 1-D có được chọn hay không Nếu ô Interpret vector parameters as 1-D được chọn thì ta có thể khai báo tại ô Constant value là véctơ hàng hay cột với kích cỡ [1×n] hay [n×1] dưới dạng ma trận

Nếu ô Interpret vector parameters as 1-D không được chọn thì các véctơ hàng hay cột

Hai khối Ramp và Step giúp ta có thể tạo được tín hiệu dạng bậc thang hay dạng tín

hiệu dốc tuyến tính dùng để kích thích các mô hình Simulink Trong hộp thoại Block Parameters của khối Step , có thể khai báo giá trị đầu/giá trị cuối và cả điểm bắt đầu của bước nhảy Đối với Ramp ta có thể khai báo độ dốc, thời điểm và giá trị xuất của đầu ra

Khối Pulse Generator tạo tín hiệu dạng xung hình chữ nhật, còn khối Signal

Generator có thể tạo ra các tín hiệu kích thích khác nhau (ví dụ : hình sin, răng cưa) Biên độ và tần số có thể thay đổi tuỳ ý

Khối Signal Builder giúp người sử dụng có thể tự tạo tín hiệu kích thích tuỳ theo yêu

cầu sử dụng Có thể tạo nhiều tín hiệu cùng một lúc

Khối From Workspace có nhiệm vụ lấy số liệu từ cửa sổ Matlab để cung cấp cho mô

hình Simulink, số liệu được lấy khai báo tại dòng Data

Khối Repeating Sequence có thể tạo tín hiệu dạng tuần hoàn Tín hiệu ra Output

values phải có chiều dài tương ứng với chiều dài của véctơ thời gian Timer values

Khối Sine Wave được sử dụng để tạo tín hiệu hình sin cho cả hai loại mô hình liên tục

(Sample Time = 0) cũng như gián đoạn (Sample Time = 1)

Khối From File giúp người sử dụng có thể lấy số liệu từ một M-File có sẵn Số liệu có

trong M-File có thể là số liệu của lần mô phỏng trước đó được lưu giữ nhờ khối File trong sơ đồ Simulink

To-Thư viện hiện thị Sinks bao gồm các khối Display, XY Graph, To File, To

Workspace, Scope như hình 2.12

Hình 2.12 thư viện các khối hiển thị

Khối Scope có chức năng hiển thị tín hiệu đã được phân tích trong suốt quá trình mô

phỏng Nó hiển thị giá trị được đưa vào theo thời gian Khối có thể hiển thị song song nhiều tín hiệu nhưng cần có chung một trục thời gian Scope cho phép ta chỉnh khoảng thời gian và dãy giá trị tín hiệu đã được hiển thị Ta có thể di chuyển, thay đổi kích thước của khối này và thay đổi thông số của khối trong quá trình mô phỏng Scope có thể phóng to/thu nhỏ hình ảnh hiển thị sao cho tối ưu nhất

Khối Display hiển thị bằng số kết quả của việc mô phỏng Simulink tại thời gian mô

phỏng t

Khối XY Graph biểu diễn hai tín hiệu đầu vào scalar trên hệ trục toạ độ Oxy Tín

hiệu thứ nhất (phía trên) tương ứng với trục x, tín hiệu thứ hai (phía dưới) tương ứng với trục y Ta có thể đặt giới hạn cho hai trục trong hộp thoại Block Parameter

Khối To Workspace có tác dụng đưa số liệu từ Simulink ra cửa sổ Matlab

Khối To File lưu số liệu cùng với véc tơ thời gian dưới dạng M-File

Thư viện Math Operations: Trong thư viện này chứa các khối công cụ toán học như

các sum, Gain, Dot Product, Relational Operator, Logical Operator

Thư viện Continuous chứa các khối đạo hàm (Derivative), tích phân (Integrator)

2.3.3 SimPowerSystems: Công cụ mô phỏng lưới điện

Hình 2.13 Công cụ mô phỏng SimPowerSystems

Bao gồm các khối Electrical Sources, Elements, Extra library, Machines, Measurements

Thư viện nguồn: bao gồm các nguồn 1 chiều, xoay chiều 1 pha, 3 pha, nguồn